ผลของแรงดันลบต่อจุดเดือด น้ำเดือดที่อุณหภูมิเท่าไหร่? การพึ่งพาอาศัยกันของจุดเดือดต่อแรงกด อะไรเป็นตัวกำหนดจุดเดือดของน้ำ

เดือด- นี่คือการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงของของเหลวเป็นไอ ซึ่งเกิดขึ้นกับการก่อตัวของฟองไอระเหยทั่วปริมาตรทั้งหมดของของเหลวที่อุณหภูมิหนึ่ง

ในระหว่างการเดือด อุณหภูมิของของเหลวและไอที่สูงกว่านั้นจะไม่เปลี่ยนแปลง มันยังคงไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าของเหลวทั้งหมดจะเดือดออก เนื่องจากพลังงานทั้งหมดที่จ่ายให้กับของเหลวนั้นถูกใช้ไปในการเปลี่ยนเป็นไอ

อุณหภูมิที่ของเหลวเดือดเรียกว่า จุดเดือด.

จุดเดือดขึ้นอยู่กับแรงดันที่กระทำต่อพื้นผิวที่ว่างของของเหลว นี่เป็นเพราะการพึ่งพาความดันไออิ่มตัวกับอุณหภูมิ ฟองไอจะเติบโตตราบใดที่ความดันของไออิ่มตัวภายในนั้นสูงกว่าแรงดันในของเหลวเล็กน้อย ซึ่งก็คือผลรวมของแรงดันภายนอกและแรงดันอุทกสถิตของคอลัมน์ของเหลว

ยิ่งแรงกดดันจากภายนอกมากเท่าไหร่ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น อุณหภูมิเดือด.

ทุกคนรู้ดีว่าน้ำเดือดที่อุณหภูมิ 100 ºC แต่เราไม่ควรลืมว่านี่เป็นความจริงที่ความดันบรรยากาศปกติเท่านั้น (ประมาณ 101 kPa) เมื่อความดันเพิ่มขึ้น จุดเดือดของน้ำจะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ในหม้อหุงความดัน อาหารปรุงสุกภายใต้แรงดันประมาณ 200 kPa จุดเดือดของน้ำถึง 120 องศาเซลเซียส ในน้ำที่มีอุณหภูมินี้ กระบวนการทำอาหารจะเร็วกว่าน้ำเดือดธรรมดามาก สิ่งนี้อธิบายชื่อ "หม้อความดัน"

ในทางกลับกัน โดยการลดความดันภายนอก เราจึงลดจุดเดือดลง ตัวอย่างเช่น ในพื้นที่ภูเขา (ที่ระดับความสูง 3 กม. ที่ความดัน 70 kPa) น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิ 90 ° C ดังนั้นชาวพื้นที่เหล่านี้จึงต้องใช้เวลาทำอาหารมากกว่าชาวบ้านในที่ราบโดยใช้น้ำเดือดเช่นนี้ และในการปรุงอาหารในน้ำเดือด เช่น โดยทั่วไป ไข่ไก่จะเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 ° C โปรตีนจะไม่จับตัวเป็นก้อน

ของเหลวแต่ละชนิดมีจุดเดือดของตัวเอง ซึ่งขึ้นอยู่กับความดันไออิ่มตัว ยิ่งความดันไออิ่มตัวสูงเท่าใด จุดเดือดของของเหลวก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น เนื่องจากที่อุณหภูมิต่ำกว่า ความดันไออิ่มตัวจะเท่ากับความดันบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น ที่จุดเดือด 100 ° C ความดันของไอน้ำอิ่มตัวคือ 101,325 Pa (760 mm Hg) และความดันไอเพียง 117 Pa (0.88 mm Hg) ปรอทเดือดที่ 357°C ที่ ความดันปกติ.

ความร้อนจากการกลายเป็นไอ

ความร้อนของการกลายเป็นไอ (ความร้อนของการกลายเป็นไอ)- ปริมาณความร้อนที่ต้องรายงานไปยังสาร (ที่ความดันคงที่และอุณหภูมิคงที่) สำหรับการเปลี่ยนแปลงที่สมบูรณ์ของสารเหลวเป็นไอ

ปริมาณความร้อนที่จำเป็นสำหรับการกลายเป็นไอ (หรือปล่อยออกมาระหว่างการควบแน่น) การคำนวณปริมาณความร้อน Qจำเป็นสำหรับการเปลี่ยนเป็นไอของของเหลวที่มีมวลใด ๆ ถ่ายที่จุดเดือดคุณต้องการความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ rมีดจิตสู่มวลชน ม:

เมื่อไอน้ำควบแน่น จะปล่อยความร้อนในปริมาณเท่ากัน

ทำไมคนถึงเริ่มต้มน้ำก่อนใช้โดยตรง? อย่างถูกต้องเพื่อป้องกันตัวเองจากแบคทีเรียและไวรัสที่ทำให้เกิดโรคต่างๆ ประเพณีนี้มาถึงดินแดนของรัสเซียยุคกลางก่อนปีเตอร์มหาราชแม้ว่าจะเชื่อกันว่าเป็นผู้ที่นำกาโลหะแรกเข้ามาในประเทศและแนะนำพิธีดื่มชายามเย็นที่ไม่เร่งรีบ อันที่จริง คนของเราใช้กาโลหะบางชนิดกลับเข้ามา รัสเซียโบราณสำหรับทำเครื่องดื่มจากสมุนไพร เบอร์รี่ และราก จำเป็นต้องมีการต้มเพื่อสกัดสารสกัดจากพืชที่มีประโยชน์เป็นหลัก แทนที่จะใช้เพื่อฆ่าเชื้อ แท้จริงแล้ว ในขณะนั้นยังไม่เป็นที่รู้จักเกี่ยวกับพิภพเล็ก ๆ ที่แบคทีเรียและไวรัสเหล่านี้อาศัยอยู่ อย่างไรก็ตาม ด้วยการเดือดดาล ประเทศของเราจึงผ่านพ้นโรคระบาดร้ายแรงทั่วโลก เช่น อหิวาตกโรคหรือโรคคอตีบ

เซลเซียส

นักอุตุนิยมวิทยา นักธรณีวิทยา และนักดาราศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่จากสวีเดน เดิมใช้ 100 องศาเพื่อระบุจุดเยือกแข็งของน้ำภายใต้สภาวะปกติ และจุดเดือดของน้ำถือเป็นศูนย์องศา และหลังจากท่านมรณภาพในปี ค.ศ. 1744 ไม่น้อย บุคคลที่มีชื่อเสียงนักพฤกษศาสตร์ Carl Linnaeus และเครื่องรับเซลเซียส Morten Strömer ได้เปลี่ยนมาตราส่วนนี้เพื่อให้ใช้งานง่าย อย่างไรก็ตาม ตามแหล่งข้อมูลอื่น เซลเซียสเองก็ทำเช่นนี้ไม่นานก่อนที่เขาจะเสียชีวิต แต่ไม่ว่าในกรณีใด ความเสถียรของการอ่านและการสำเร็จการศึกษาที่เข้าใจได้นั้นมีอิทธิพลต่อการใช้งานอย่างแพร่หลายในหมู่ผู้เชี่ยวชาญด้านวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดในขณะนั้น - นักเคมี และแม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าในรูปแบบกลับด้าน มาตราส่วน 100 องศาทำให้จุดเดือดของน้ำคงที่ ไม่ใช่จุดเริ่มต้นของการแช่แข็ง แต่มาตราส่วนก็เริ่มมีชื่อผู้สร้างหลักคือ เซลเซียส

ใต้บรรยากาศ

อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกอย่างจะง่ายอย่างที่เห็นในแวบแรก เมื่อดูแผนภาพสถานะใดๆ ในพิกัด P-T หรือ P-S (เอนโทรปี S เป็นฟังก์ชันโดยตรงของอุณหภูมิ) เราจะเห็นว่าอุณหภูมิและความดันสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดเพียงใด ในทำนองเดียวกันน้ำจะเปลี่ยนค่าของมันขึ้นอยู่กับความดัน และนักปีนเขาทุกคนก็ตระหนักดีถึงสถานที่นี้ ทุกคนที่อย่างน้อยครั้งหนึ่งในชีวิตของเขาเข้าใจความสูงมากกว่า 2,000-3,000 เมตรเหนือระดับน้ำทะเลรู้ว่าการหายใจในระดับความสูงนั้นยากเพียงใด นั่นเป็นเพราะว่ายิ่งเราไปสูงเท่าไหร่ อากาศก็จะยิ่งบางลงเท่านั้น ความกดอากาศต่ำกว่าหนึ่งบรรยากาศ (ต่ำกว่า N.O. นั่นคือ ต่ำกว่า "สภาวะปกติ") จุดเดือดของน้ำก็ลดลงเช่นกัน ขึ้นอยู่กับความดันในแต่ละความสูง มันสามารถต้มทั้งที่แปดสิบและที่หกสิบ

หม้ออัดแรงดัน

อย่างไรก็ตาม ควรจำไว้ว่าแม้ว่าจุลินทรีย์หลักจะตายที่อุณหภูมิสูงกว่าหกสิบองศาเซลเซียส แต่หลายชนิดสามารถอยู่รอดได้ที่อุณหภูมิแปดสิบองศาขึ้นไป นั่นคือเหตุผลที่เราได้น้ำเดือดนั่นคือเราทำให้อุณหภูมิของมันอยู่ที่ 100 ° C อย่างไรก็ตาม มีเครื่องใช้ในครัวที่น่าสนใจที่ช่วยให้คุณลดเวลาและทำให้ของเหลวร้อนจนถึงอุณหภูมิสูง โดยไม่ต้องต้มและสูญเสียมวลผ่านการระเหย โดยตระหนักว่าจุดเดือดของน้ำสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับแรงดัน วิศวกรจากสหรัฐอเมริกาซึ่งใช้ต้นแบบของฝรั่งเศสได้แนะนำโลกให้รู้จักกับหม้ออัดแรงดันในช่วงปี ค.ศ. 1920 หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าฝาถูกกดอย่างแน่นหนากับผนังโดยไม่ต้องกำจัดไอน้ำ ความดันที่เพิ่มขึ้นจะถูกสร้างขึ้นภายใน และน้ำจะเดือดที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ดังกล่าวค่อนข้างอันตรายและมักทำให้เกิดการระเบิดและการเผาไหม้ที่รุนแรงต่อผู้ใช้

ตามหลักการแล้ว

มาดูกันว่ากระบวนการมาและไปอย่างไร ลองนึกภาพพื้นผิวการทำความร้อนที่มีขนาดใหญ่และเรียบอย่างสมบูรณ์แบบ โดยการกระจายความร้อนจะสม่ำเสมอ (พลังงานความร้อนจำนวนเท่ากันถูกส่งไปยังพื้นผิวแต่ละตารางมิลลิเมตร) และค่าสัมประสิทธิ์ความขรุขระของพื้นผิวมีแนวโน้มเป็นศูนย์ ในกรณีนี้ ที่ n. ย. การเดือดในชั้นขอบลามินาร์จะเริ่มขึ้นพร้อมกันทั่วทั้งพื้นที่ผิวและจะเกิดขึ้นทันที โดยจะระเหยปริมาตรของหน่วยของเหลวทั้งหมดที่อยู่บนพื้นผิวทันที มัน เงื่อนไขในอุดมคติ, ใน ชีวิตจริงสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น

ของจริง

มาดูกันว่าจุดเดือดเริ่มต้นของน้ำคืออะไร นอกจากนี้ยังเปลี่ยนค่าของมันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความดัน แต่ประเด็นหลักอยู่ที่สิ่งนี้ ในความคิดของเรา แม้ว่าเราจะใช้ภาพที่นุ่มนวลที่สุด เลื่อนแล้วนำไปไว้ใต้กล้องจุลทรรศน์ จากนั้นในเลนส์ใกล้ตา เราจะเห็นขอบที่ไม่สม่ำเสมอและยอดแหลมที่แหลมถี่ๆ ยื่นออกมาเหนือพื้นผิวหลักในเลนส์ใกล้ตา เราจะถือว่าความร้อนที่พื้นผิวของกระทะนั้นเท่ากันแม้ว่าในความเป็นจริงแล้วนี่ไม่ใช่คำสั่งที่แท้จริงอย่างสมบูรณ์ แม้ว่ากระทะจะอยู่บนเตาที่ใหญ่ที่สุด แต่การไล่ระดับอุณหภูมิจะกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอบนเตา และมักจะมีโซนความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นซึ่งรับผิดชอบในการต้มน้ำในช่วงต้น บนยอดเขาและที่ราบลุ่มมีกี่องศาในเวลาเดียวกัน? จุดสูงสุดของพื้นผิวที่มีความร้อนอย่างต่อเนื่องจะอุ่นขึ้นเร็วกว่าที่ราบลุ่มและความกดอากาศที่เรียกว่า นอกจากนี้น้ำที่มีอุณหภูมิต่ำล้อมรอบทุกด้านจึงให้พลังงานแก่โมเลกุลของน้ำได้ดีกว่า การกระจายความร้อนของยอดเขาสูงกว่าที่ราบลุ่มหนึ่งถึงครึ่งถึงสองเท่า

อุณหภูมิ

นั่นคือเหตุผลที่จุดเดือดเริ่มต้นของน้ำอยู่ที่ประมาณแปดสิบองศาเซลเซียส ที่ค่านี้ จุดสูงสุดของพื้นผิวจะเพิ่มขึ้นเพียงพอที่จำเป็นสำหรับการเดือดของของเหลวในทันทีและการเกิดฟองแรก มองเห็นได้ด้วยตาซึ่งเริ่มลอยขึ้นสู่ผิวน้ำอย่างขี้ขลาด และจุดเดือดของน้ำที่แรงดันปกติคืออะไร - หลายคนถาม คำตอบสำหรับคำถามนี้สามารถพบได้ง่ายในตาราง ที่ความดันบรรยากาศ การเดือดจะคงที่ที่ 99.9839 °C

การเดือดเป็นกระบวนการเปลี่ยนสถานะรวมของสาร เมื่อเราพูดถึงน้ำ เราหมายถึงการเปลี่ยนจากของเหลวเป็นไอ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าการเดือดไม่ใช่การระเหย ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้แม้ที่อุณหภูมิห้อง นอกจากนี้อย่าสับสนกับการเดือดซึ่งเป็นกระบวนการให้น้ำร้อนถึงอุณหภูมิที่กำหนด ตอนนี้เราเข้าใจแนวคิดแล้ว เราก็สามารถระบุได้ว่าอุณหภูมิของน้ำเดือดเท่าไร

กระบวนการ

กระบวนการในการเปลี่ยนสถานะของการรวมกลุ่มจากของเหลวเป็นก๊าซนั้นซับซ้อน และถึงแม้คนจะมองไม่เห็น แต่ก็มี 4 ระยะ คือ

1. ในระยะแรกจะเกิดฟองเล็กๆ ที่ด้านล่างของภาชนะที่อุ่น นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้จากด้านข้างหรือบนผิวน้ำ พวกมันเกิดขึ้นจากการขยายตัวของฟองอากาศซึ่งมักจะปรากฏอยู่ในรอยแตกของถังซึ่งน้ำอุ่น
2. ในระยะที่สอง ปริมาตรของฟองอากาศจะเพิ่มขึ้น พวกมันทั้งหมดเริ่มพุ่งขึ้นสู่ผิวน้ำ เนื่องจากมีไอน้ำอิ่มตัวอยู่ภายใน ซึ่งเบากว่าน้ำ เมื่ออุณหภูมิความร้อนเพิ่มขึ้น ความดันของฟองอากาศจะเพิ่มขึ้น และพวกมันจะถูกผลักไปที่พื้นผิวเนื่องจาก อำนาจที่รู้จักอาร์คิมิดีส ในกรณีนี้ คุณสามารถได้ยินเสียงลักษณะเฉพาะของการเดือด ซึ่งเกิดขึ้นจากการขยายตัวอย่างต่อเนื่องและการลดขนาดของฟองอากาศ
3. ขั้นที่สาม บนพื้นผิวสามารถมองเห็นได้ จำนวนมากของฟองอากาศ เริ่มแรกทำให้เกิดความขุ่นในน้ำ กระบวนการนี้นิยมเรียกว่า "การเดือดด้วยปุ่มสีขาว" และใช้เวลาไม่นาน
4. ในขั้นตอนที่สี่ น้ำจะเดือดอย่างเข้มข้น ฟองสบู่แตกขนาดใหญ่ปรากฏขึ้นบนพื้นผิว และอาจกระเด็นออกมาได้ บ่อยครั้งที่การกระเด็นหมายความว่าของเหลวได้รับความร้อนสูงถึง อุณหภูมิสูงสุด. ไอน้ำจะเริ่มออกมาจากน้ำ

เป็นที่ทราบกันดีว่าน้ำเดือดที่อุณหภูมิ 100 องศาซึ่งเป็นไปได้เฉพาะในระยะที่สี่เท่านั้น

อุณหภูมิไอน้ำ

ไอน้ำเป็นหนึ่งในสถานะของน้ำ เมื่อมันเข้าสู่อากาศก็เหมือนกับก๊าซอื่น ๆ มันออกแรงกดบนมัน ในระหว่างการทำให้เป็นไอ อุณหภูมิของไอน้ำและน้ำจะคงที่จนกว่าของเหลวทั้งหมดจะเปลี่ยนสถานะการรวมตัว ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าในระหว่างการต้มพลังงานทั้งหมดจะถูกใช้ในการเปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำ

ในช่วงเริ่มต้นของการเดือดจะเกิดไอน้ำอิ่มตัวชื้นซึ่งหลังจากการระเหยของของเหลวทั้งหมดจะแห้ง หากอุณหภูมิเริ่มเกินอุณหภูมิของน้ำ ไอน้ำดังกล่าวจะถูกทำให้ร้อนจัด และในแง่ของคุณลักษณะก็จะเข้าใกล้แก๊สมากขึ้น

ต้มน้ำเกลือ

เป็นที่น่าสนใจพอที่จะรู้ว่าอุณหภูมิของน้ำที่มีปริมาณเกลือสูงเดือด เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าควรจะสูงขึ้นเนื่องจากมี Na+ และ Clion ในองค์ประกอบ ซึ่งครอบครองพื้นที่ระหว่างโมเลกุลของน้ำ องค์ประกอบทางเคมีของน้ำกับเกลือนี้แตกต่างจากของเหลวสดทั่วไป

ความจริงก็คือในน้ำเค็มปฏิกิริยาไฮเดรชั่นเกิดขึ้น - กระบวนการของการรวมโมเลกุลของน้ำกับไอออนของเกลือ การสื่อสารระหว่างโมเลกุล น้ำจืดอ่อนแอกว่าที่เกิดขึ้นระหว่างการให้น้ำ ดังนั้นการต้มของเหลวด้วยเกลือที่ละลายน้ำจะใช้เวลานานกว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลในน้ำที่มีเกลือจะเคลื่อนที่เร็วขึ้น แต่มีโมเลกุลน้อยลง ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการชนกันระหว่างกันน้อยลง เป็นผลให้มีการผลิตไอน้ำน้อยลงและความดันจึงต่ำกว่าหัวไอน้ำของน้ำจืด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้พลังงาน (อุณหภูมิ) มากขึ้นสำหรับการกลายเป็นไออย่างสมบูรณ์ โดยเฉลี่ย ในการต้มน้ำ 1 ลิตรที่มีเกลือ 60 กรัม จำเป็นต้องเพิ่มจุดเดือดของน้ำ 10% (นั่นคือ 10 องศาเซลเซียส)

การพึ่งพาแรงดันเดือด

เป็นที่ทราบกันดีว่าในภูเขาไม่ว่า องค์ประกอบทางเคมีจุดเดือดของน้ำจะลดลง เนื่องจากความกดอากาศต่ำที่ระดับความสูง ความดันปกติถือเป็น 101.325 kPa ด้วยจุดเดือดของน้ำคือ 100 องศาเซลเซียส แต่ถ้าคุณปีนขึ้นไปบนภูเขาที่มีแรงดันเฉลี่ย 40 kPa น้ำก็จะเดือดที่ 75.88 C แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าการทำอาหารบนภูเขาจะใช้เวลาเกือบครึ่งเวลา สำหรับการรักษาความร้อนของผลิตภัณฑ์ จำเป็นต้องมีอุณหภูมิที่แน่นอน

เชื่อกันว่าที่ระดับความสูง 500 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล น้ำจะเดือดที่ 98.3 องศาเซลเซียส และที่ระดับความสูง 3000 เมตร จุดเดือดจะอยู่ที่ 90 องศาเซลเซียส

โปรดทราบว่ากฎหมายนี้ทำงานในทิศทางตรงกันข้ามเช่นกัน หากวางของเหลวในขวดปิดซึ่งไอไม่สามารถผ่านได้ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและเกิดไอน้ำ ความดันในขวดนี้จะเพิ่มขึ้นและเดือดที่ ความดันโลหิตสูงจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น ตัวอย่างเช่น ที่ความดัน 490.3 kPa จุดเดือดของน้ำจะอยู่ที่ 151 C

ต้มน้ำกลั่น

น้ำกลั่นเป็นน้ำบริสุทธิ์ที่ไม่มีสิ่งเจือปน มักใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์หรือทางเทคนิค เนื่องจากน้ำดังกล่าวไม่มีสิ่งเจือปน จึงไม่ใช้สำหรับประกอบอาหาร เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าน้ำกลั่นเดือดเร็วกว่าน้ำจืดธรรมดา แต่จุดเดือดยังคงเหมือนเดิม - 100 องศา อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างของเวลาเดือดจะน้อยที่สุด - เพียงเสี้ยววินาที

ในกาน้ำชา

บ่อยครั้งที่ผู้คนสนใจว่าน้ำอุณหภูมิที่เดือดในกาต้มน้ำเพราะเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ต้มของเหลว โดยคำนึงถึงความจริงที่ว่าความดันบรรยากาศในอพาร์ทเมนท์มีค่าเท่ากับค่ามาตรฐานและน้ำที่ใช้ไม่มีเกลือและสิ่งสกปรกอื่น ๆ ที่ไม่ควรอยู่ที่นั่นจุดเดือดก็จะเป็นมาตรฐาน - 100 องศา แต่ถ้าน้ำมีเกลือจุดเดือดอย่างที่เรารู้อยู่แล้วจะสูงขึ้น

บทสรุป

ตอนนี้คุณรู้แล้วว่าน้ำเดือดที่อุณหภูมิเท่าไร และความดันบรรยากาศและองค์ประกอบของของเหลวส่งผลต่อกระบวนการนี้อย่างไร ไม่มีอะไรซับซ้อนในเรื่องนี้และเด็ก ๆ จะได้รับข้อมูลดังกล่าวที่โรงเรียน สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้คือเมื่อความดันลดลงจุดเดือดของของเหลวก็ลดลงเช่นกันและเมื่อเพิ่มขึ้นก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

บนอินเทอร์เน็ต คุณสามารถค้นหาตารางต่าง ๆ มากมายที่บ่งบอกถึงการพึ่งพาจุดเดือดของของเหลวต่อความดันบรรยากาศ มีให้สำหรับทุกคนและใช้งานโดยเด็กนักเรียน นักเรียน และแม้แต่ครูในสถาบัน

เดือด- เป็นการระเหยที่เกิดขึ้นพร้อมกันทั้งจากพื้นผิวและตลอดปริมาตรของของเหลว ประกอบด้วยความจริงที่ว่าฟองอากาศจำนวนมากปรากฏขึ้นและแตกออกทำให้เกิดการเดือดปุด ๆ

จากประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าการเดือดของของเหลวที่ความดันภายนอกที่กำหนดเริ่มต้นที่อุณหภูมิค่อนข้างแน่นอนซึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างกระบวนการเดือดและสามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อพลังงานถูกจ่ายจากภายนอกเนื่องจากการถ่ายเทความร้อน (รูปที่ 1) :

โดยที่ L คือความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอที่จุดเดือด

กลไกการเดือด: มีก๊าซที่ละลายอยู่ในของเหลวเสมอ ซึ่งระดับการละลายจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังมีการดูดซับก๊าซที่ผนังของภาชนะ เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อนจากด้านล่าง (รูปที่ 2) ก๊าซจะเริ่มวิวัฒนาการในรูปของฟองอากาศใกล้กับผนังของภาชนะ ของเหลวระเหยกลายเป็นฟองอากาศเหล่านี้ ดังนั้นนอกจากอากาศแล้ว พวกมันยังมีไอน้ำอิ่มตัว ความดันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และฟองอากาศก็จะเพิ่มขึ้นในปริมาณมาก และด้วยเหตุนี้ แรงของอาร์คิมิดีสที่กระทำต่อพวกมันจึงเพิ่มขึ้น เมื่อแรงลอยตัวมากกว่าแรงโน้มถ่วงของฟองอากาศ มันก็จะลอยตัว แต่จนกว่าของเหลวจะร้อนสม่ำเสมอ ขณะที่เพิ่มขึ้น ปริมาตรของฟองจะลดลง (ความดันไออิ่มตัวจะลดลงตามอุณหภูมิที่ลดลง) และก่อนที่จะถึงพื้นผิวที่ว่าง ฟองอากาศจะหายไป (ยุบ) (รูปที่ 2, a) นั่นคือเหตุผลที่เราได้ยินเสียงลักษณะเฉพาะก่อนที่จะเดือด เมื่ออุณหภูมิของของเหลวเท่ากัน ปริมาตรของฟองจะเพิ่มขึ้นตามที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากความดันไออิ่มตัวไม่เปลี่ยนแปลง และความดันภายนอกบนฟอง ซึ่งเป็นผลรวมของแรงดันอุทกสถิตของของเหลวที่อยู่เหนือฟองสบู่ และความกดอากาศจะลดลง ฟองสบู่ไปถึงพื้นผิวที่ว่างของของเหลว แตกออก และไออิ่มตัวออกมา (รูปที่ 2, b) - ของเหลวเดือด ความดันไออิ่มตัวในฟองอากาศนั้นเท่ากับแรงดันภายนอก

อุณหภูมิที่ความดันไออิ่มตัวของของเหลวมีค่าเท่ากับความดันภายนอกบนพื้นผิวอิสระเรียกว่า จุดเดือดของเหลว

เนื่องจากความดันของไออิ่มตัวจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และในระหว่างการต้มควรเท่ากับความดันภายนอก อุณหภูมิการต้มจะเพิ่มขึ้นตามความดันภายนอกที่เพิ่มขึ้น

จุดเดือดยังขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของสิ่งเจือปน ซึ่งมักจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของสิ่งเจือปนที่เพิ่มขึ้น

หากของเหลวถูกปลดปล่อยออกจากแก๊สที่ละลายในนั้นก่อน ก็สามารถทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปได้ กล่าวคือ ความร้อนเหนือจุดเดือด นี่เป็นสถานะที่ไม่เสถียรของของเหลว เขย่าเล็กน้อยเพียงพอและของเหลวเดือด และอุณหภูมิจะลดลงจนถึงจุดเดือดทันที

ศูนย์การระเหยสำหรับกระบวนการเดือดจำเป็นต้องมีความไม่เท่าเทียมกันในของเหลว - นิวเคลียสของเฟสก๊าซซึ่งมีบทบาทเป็นศูนย์กลางของการกลายเป็นไอ โดยปกติ ก๊าซที่ละลายแล้วจะมีอยู่ในของเหลว ซึ่งถูกปล่อยออกมาโดยฟองอากาศที่ด้านล่างและผนังของถังบรรจุ และบนอนุภาคฝุ่นที่ลอยอยู่ในของเหลว เมื่อถูกความร้อน ฟองอากาศเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นทั้งสองเนื่องจากความสามารถในการละลายของก๊าซที่มีอุณหภูมิลดลง และเนื่องจากการระเหยของของเหลวในนั้น ฟองอากาศที่มีปริมาตรเพิ่มขึ้นจะลอยขึ้นภายใต้การกระทำของแรงลอยตัวของอาร์คิมีดีน ถ้าชั้นบนของของเหลวมีมากกว่า อุณหภูมิต่ำจากนั้นเนื่องจากการควบแน่นของไอ ความดันในพวกมันลดลงอย่างรวดเร็วและฟองอากาศ "ยุบ" พร้อมเสียงที่มีลักษณะเฉพาะ เมื่อของเหลวทั้งหมดอุ่นขึ้นจนถึงจุดเดือด ฟองอากาศจะหยุดยุบตัวและลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ: ของเหลวทั้งหมดจะเดือด

ตั๋วหมายเลข 15

1. การกระจายอุณหภูมิตามรัศมีของเชื้อเพลิงทรงกระบอก

การกลายเป็นไอสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงแค่เป็นผลมาจากการระเหยเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในระหว่างการเดือดด้วย ให้เราพิจารณาการเดือดจากมุมมองที่กระฉับกระเฉง

อากาศจำนวนหนึ่งจะละลายในของเหลวเสมอ เมื่อของเหลวถูกทำให้ร้อน ปริมาณของก๊าซที่ละลายในนั้นจะลดลง อันเป็นผลมาจากการที่ส่วนหนึ่งของมันถูกปล่อยออกมาในรูปของฟองอากาศขนาดเล็กที่ด้านล่างและผนังของถังบรรจุ และบนอนุภาคของแข็งที่ไม่ละลายซึ่งลอยอยู่ในของเหลว ของเหลวระเหยกลายเป็นฟองอากาศเหล่านี้ เมื่อเวลาผ่านไป ไอระเหยในไอระเหยจะอิ่มตัว ด้วยความร้อนที่เพิ่มขึ้นความดันของไออิ่มตัวภายในฟองอากาศและปริมาตรจะเพิ่มขึ้น เมื่อความดันไอในฟองอากาศมีค่าเท่ากับความดันบรรยากาศ พวกมันจะลอยขึ้นสู่พื้นผิวของของเหลวภายใต้การกระทำของแรงลอยตัวของอาร์คิมิดีส การระเบิด และไอน้ำจะหลบหนีออกจากพวกมัน การกลายเป็นไอซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกันทั้งจากพื้นผิวของของเหลวและภายในตัวของเหลวจนกลายเป็นฟองอากาศเรียกว่าการเดือดอุณหภูมิที่ความดันไออิ่มตัวในฟองอากาศจะเท่ากับความดันภายนอกเรียกว่า จุดเดือด.

เนื่องจากที่อุณหภูมิเดียวกันความดันของไอระเหยอิ่มตัวของของเหลวต่าง ๆ นั้นแตกต่างกัน ดังนั้นที่ อุณหภูมิต่างๆพวกเขาเท่าเทียมกัน ความกดอากาศ. ทำให้ของเหลวต่าง ๆ เดือดที่อุณหภูมิต่างกัน คุณสมบัตินี้ของเหลวใช้ในการระเหิดของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม เมื่อน้ำมันถูกทำให้ร้อน ชิ้นส่วนที่มีค่าและระเหยง่ายที่สุด (น้ำมันเบนซิน) จะระเหยเป็นส่วนประกอบแรก ซึ่งจะถูกแยกออกจากสารตกค้าง "หนัก" (น้ำมัน น้ำมันเชื้อเพลิง)

จากข้อเท็จจริงที่ว่าการเดือดเกิดขึ้นเมื่อความดันไออิ่มตัวเท่ากับแรงดันภายนอกของของเหลว ดังนั้นจุดเดือดของของเหลวจะขึ้นอยู่กับแรงดันภายนอก หากเพิ่มขึ้นของเหลวจะเดือดที่อุณหภูมิสูงขึ้นเนื่องจากเพื่อให้ได้แรงดันดังกล่าว ไอน้ำอิ่มตัวมากกว่า ความร้อน. ในทางกลับกัน เมื่อความดันลดลง ของเหลวจะเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า สามารถตรวจสอบได้จากประสบการณ์ เราต้มน้ำในขวดให้เดือดแล้วนำตะเกียงวิญญาณออก (รูปที่ 37, a) การเดือดของน้ำหยุดลง หลังจากปิดขวดด้วยจุกแล้วเราจะเริ่มกำจัดอากาศและไอน้ำออกจากขวดด้วยปั๊มซึ่งจะช่วยลดแรงดันน้ำซึ่ง "เดือดจากสิ่งนี้ ทำให้มันเดือดในขวดเปิดปั๊มอากาศ ลงในขวดจะเพิ่มแรงดันน้ำ (รูปที่ 37, b) ของมันเดือดหยุด 1 ตู้เอทีเอ็มน้ำเดือดที่ 100°C และที่ 10 atm- ที่ 180 ° C การพึ่งพาอาศัยกันนี้ใช้ตัวอย่างเช่นในหม้อนึ่งความดันในยาฆ่าเชื้อในการปรุงอาหารเพื่อเพิ่มความเร็วในการปรุงอาหารของผลิตภัณฑ์อาหาร

เพื่อให้ของเหลวเริ่มเดือด จะต้องให้ความร้อนจนถึงจุดเดือด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องให้พลังงานกับของเหลว เช่น ปริมาณความร้อน Q \u003d ซม. (t ° ถึง - t ° 0). เมื่อเดือด อุณหภูมิของของเหลวจะคงที่ สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะปริมาณความร้อนที่รายงานในระหว่างการเดือดไม่ได้ถูกใช้ไปกับการเพิ่มพลังงานจลน์ของโมเลกุลของของเหลว แต่กับการทำงานของการทำลายพันธะโมเลกุล กล่าวคือ ในการกลายเป็นไอ เมื่อควบแน่นไอน้ำตามกฎการอนุรักษ์พลังงานจะปล่อยออกสู่ สิ่งแวดล้อมปริมาณความร้อนที่ใช้ในการระเหยกลายเป็นไอ การควบแน่นเกิดขึ้นที่จุดเดือด ซึ่งคงที่ตลอดกระบวนการควบแน่น (อธิบายว่าทำไม).

ให้เราเขียนสมการสมดุลความร้อนสำหรับการกลายเป็นไอและการควบแน่น ไอน้ำที่จุดเดือดของของเหลวเข้าสู่น้ำในเครื่องวัดความร้อนผ่านท่อ A. (รูปที่ 38, a) ควบแน่นในนั้นทำให้ปริมาณความร้อนที่ใช้ไปเพื่อให้ได้มา ในกรณีนี้ น้ำและแคลอรีมิเตอร์จะได้รับความร้อนไม่เพียงแต่จากการควบแน่นของไอน้ำเท่านั้น แต่ยังมาจากของเหลวซึ่งได้มาจากมันด้วย ข้อมูลปริมาณทางกายภาพแสดงไว้ในตาราง 3.

ไอน้ำที่ควบแน่นทำให้เกิดปริมาณความร้อน Q p \u003d rm 3(รูปที่ 38, ข). ของเหลวที่ได้จากไอน้ำที่เย็นลงจาก t ° 3 ถึง θ ° ทำให้ปริมาณความร้อนลดลง Q 3 \u003d c 2 m 3 (t 3 ° - θ°)

แคลอรีมิเตอร์และน้ำให้ความร้อนจาก t ° 2 ถึง θ° (รูปที่ 38, c) ได้รับปริมาณความร้อน

Q 1 \u003d c 1 m 1 (θ ° - t ° 2); Q 2 \u003d c 2 m 2 (θ ° - t ° 2)

ตามกฎการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน

Q p + Q 3 \u003d Q 1 + Q 2,